東京大学は2018年1月18日、同校の研究グループが京都大学と共同で、鉄系超伝導体FeSeの「超伝導ギャップ」の符号が反転する「ノード」の観測に成功したと発表した。その結果、FeSeの「電子ネマティック秩序」のドメイン境界では「時間反転対称性の破れ」が生じ、ノードが消失してしまうことを発見したという。
より高い温度での超伝導を実現するには、「非従来型超伝導体」と呼ばれる超伝導体において、クーパー対と呼ばれる電子対が形成されるメカニズムを理解することが重要と考えられている。鉄系超伝導体は、銅酸化物高温超伝導体に次ぐ高い超伝導転移温度を持つ非従来型超伝導体であり、FeSeはその一種である。このFeSeにおいては、超伝導のメカニズムの理解において最も重要な性質である超伝導ギャップにおけるノードの有無について意見が分かれており、大きな問題となっていた。その解決のためにはノードの詳細な観測が重要だったが、これまでノードを直接観測することはできなかった。
今回の研究では、極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光装置を用いて、FeSeの超伝導ギャップを直接観測した。この装置は、非従来型超伝導体の超伝導ギャップを直接観測する装置として、現在世界最高レベルのエネルギー分解能を有するという。観測の結果、超伝導ギャップにノードがある場合とない場合があることを発見、試料の表面でドメイン境界が少ない場所では超伝導ギャップにノードが存在し、ドメイン境界が多い場所ではノードが消失することを確認した。
この成果は、従来の試料全体を測定する「バルク測定」では一見従来型超伝導体に見えてしまう物質であっても、ミクロ測定では超伝導ギャップにノードが存在する非従来型超伝導体である可能性があることを示している。今後はミクロ測定に基づいて超伝導ギャップ構造を決定し、その超伝導メカニズムを解明することで、より高い温度で超伝導を示す物質の探索、室温超伝導への発見へと繋がることが期待できるとしている。
